# ビットコイン技術の進化とタップルートコンセンサスソリューションの包括的解析2024年5月20日、ビットコインLayer2開発チームが《TAPROOT CONSENSUS：分散型BTC Layer2ソリューション》という技術ホワイトペーパーを発表しました。この記事では、タップルートコンセンサスの実現メカニズムや、シュノル署名、MAST、ビットコインSPVノードなどのビットコインネイティブ技術をどのように統合して、完全に分散型のBTC Layer2ソリューションを構築するかが詳述されています。全文を通読すると、このチームが提案したタップルートコンセンサス案がビットコインのネイティブ拡張技術の集大成であることが感じられます。ビットコインのコードには何も変更を加えず、ビットコインのコア技術を巧妙に組み合わせており、考え方は明確で、構造は精巧です。黄皮書を深く解読する前に、ビットコインの技術の発展の歴史を振り返る必要があります。そうすることで、タップルートコンセンサスがビットコインの進化の過程でどのように誕生したのかを理解できます。## 一、ビットコイン技術発展史2008年10月31日、中本聡は「ビットコイン：一つの点対点の電子現金システム」という題名の論文を発表し、ビットコインの技術実現方案を初めて完全に提案しました。論文の第八章では、中本聡はSPV (Simple Payment Verification)という解決策、すなわち簡単な支払い検証を紹介しました。これは、ビットコインのフルノードを運用する必要がなく、ブロックヘッダーを保存するだけで支払いを検証できる技術手段です。2009年1月3日、中本聪はヘルシンキの小型サーバーで創世ブロックを採掘し、ビットコインの正式な誕生を迎えました。注目すべきは、ビットコインの正式なコードにおいて、中本聪は楕円曲線署名技術（ECDSA）を使用したことです。これは、当時施ノール署名がまだオープンソースになっておらず、特許保護期間中であったため、中本聪はすでにオープンソースとなっている楕円曲線署名を選ばざるを得なかったからです。シュノール署名は、楕円曲線署名のすべての機能とセキュリティ仮定を保持しつつ、楕円曲線署名フレームワークの下でビットコインが最大で15重のマルチシグのみを実現できる制限を突破し、最終的に1000以上のアドレスがビットコインを共同管理でき、署名速度に影響を与えません。2018年、長年の反復検証の結果、ビットコインのコア開発者であるGregory Maxwellなどが正式にBIPを提案し、シュノール署名をビットコインネットワークに導入することを提案しました。2021年11月14日、ビットコインはタップルートアップグレードを完了し、シュノール署名が正式にビットコインネットワークに組み込まれ、ビットコインは新たな分散型マルチシグ時代を迎えました。シュノール署名に加えて、タップルートアップグレードはMAST（Merkelized Abstract Syntax Trees）、すなわちマークル抽象構文木を導入しました。これはビットコインにスマートコントラクト機能に似た技術を提供するものです。複数の条件分岐の契約ロジックをマークルツリーの形式に組織することによって実現され、ビットコインコードがスマートコントラクトの機能要件に似たものを実現することができます（ただしビットコインの支払い検証に限られ、イーサリアムの複雑なスマートコントラクトとは異なります）。シュノール署名はビットコインのマルチシグアドレスの数を1000以上に増やすことができ、MASTはビットコインプログラムを通じてシュノール署名アドレスをマルチシグに駆動することができます。したがって、シュノール署名+MASTは、人間が署名する必要がなく、ビットコインコードの指令によって駆動される分散型ビットコインマルチシグネットワークを実現できます。これは、ビットコインが信頼を必要とせずに一層の制限を突破し、さらに二層でより複雑で豊かなビジネスシーンを実現できることを意味します。そして、この開発チームが提案したタップルートコンセンサス解決策は、ビットコインが2008年から2021年までの13年間の技術の進化の集大成です。## 二、タップルートコンセンサス解決策の概要Taprootコンセンサステクニカルイエローペーパーは次のように始まります:「ビットコインネットワークの非チューリング完全の性質により、イーサリアムロールアップと同様のレイヤー2スケーリングソリューションを直接実装する能力が制限されます。 ビットコインネットワークのスクリプトコントラクトレイヤーは、単純な転送操作しか実行できず、より複雑なスマートコントラクト機能をサポートすることはできません。 したがって、ビットコインスクリプトレベルだけからレイヤー2拡張ソリューションを構築することは現実的ではありません。」この説明は、ビットコインネットワークの非チューリング完全性と、ビットコインスクリプトコントラクトがビットコインの送金操作のみを実行できるという特徴を高度に要約しています。したがって、ビットコインの拡張における正しい方向性は、一層のネットワークで作業をすることではなく、ビットコインの既存の能力を利用して、完全に分散化された二層の拡張ソリューションを構築することです。Taproot Consensusは、ビットコインのTaproot技術（Schnorr署名とMAST）、ビットコインSPV軽ノード、そしてBFT PoSコンセンサス機構を融合させて、分散化されており高度に一貫性のあるLayer2ネットワークを構築しています。## 三、タップルートコンセンサスアーキテクチャの詳細タップルートコンセンサスは、Schnorr+MAST、ビットコインSPV、Aura+Grandpaの三つの部分で構成されています。Schnorr+MASTの組み合わせは、ビットコインの非中央集権的なマルチシグ管理を実現し、人による署名を必要とせず、ビットコインコードを使用して駆動します。これらのコードは、二層ネットワークによって達成されたコンセンサスによって駆動されます。そして、二層ネットワークがどのようにコンセンサスを達成し、これらのコンセンサスがビットコインの一層とどのように状態を同期するかは、Bitcoin SPV+BFT POSコンセンサス（Aura+Grandpa）を通じて実現されます。Bitcoin SPVは中本聡が提案した簡易支払い検証方式で、フルノードを実行することなくビットコイン取引を同期および検証できます。この特性により、タップルートコンセンサスは完全に非中央集権的な環境で、いかなる許可も必要なく、BTCの状態を同期できるようになります。Aura+Grandpaは、分散型プロトコルを通じてネットワークノードの高度な整合性を確保する、一般的に使用されるビザンチンフォールトトレランスを実現する高度なPoSコンセンサスプロトコルです。Taproot Consensusの3つの部分の動作原理をまとめると、以下のようになります。このシステムでは、各バリデーターがSchnorr署名に使用するBTCプライベートキーを保持しています。Schnorr署名の特性により、高効率な署名集約が可能となり、システムの安全性と効率性が向上します。Musig2マルチ署名スキームによって生成された集約公開鍵Paggは、大規模なMASTツリーを形成します。MASTツリーのルートハッシュ値が生成された後、検証者はMASTツリーが生成した閾値署名アドレスにBTCの送金および刻印操作を行い、BTCメインネットから第2層ネットワークにデータを送信する機能を実現します。同時に、各検証者はBitcoin SPVライトノードとして機能し、安全かつ許可なしにBTCネットワークの状態を同期することができます。簡単に言えば、Taproot Consensusはビットコインのレイヤー1でSchnorr+MASTを使用して去中心化されたBTCマルチシグ管理を構築し、レイヤー2ではBitcoin SPVノードネットワークを運営します。あるプロジェクトを例に挙げると、そのレイヤー2ネットワークはすべてビットコインSPVノードを運営しており、これらのノードはビットコインのレイヤー1のデータ状態を同期することができるため、レイヤー2とビットコインのレイヤー1の情報が同期されます。レイヤー2ネットワークの安全性と信頼性を確保するために、そのプロジェクトはビットコインSPVノードネットワークとAura+Grandpaを統合し、ビットコインSPVノードネットワークがBFTコンセンサスの安全レベルを備えることを可能にしました。これは、レイヤー2ネットワークの資産を管理するのは単なるマルチシグのメンバーではなく、BFTコンセンサスに依存して推進されることを意味し、真の去中心化を実現します。## 第四に、イエローブックのその他の技術的な詳細上記の技術フレームワークに加えて、Taproot Consensusのホワイトペーパーは、シュノール署名、MAST、ビットコインSPVライトノード、Aura+Grandpaなどの技術の実装詳細を詳しく説明しています。ビットコインの最新技術を学び、理解したい人にとって、このホワイトペーパーは非常に包括的で詳細な学習資料です。さらに、ホワイトペーパーではMusig2の実装プロセスと、別の有名なBTC Layer2プロジェクトとの違いについて詳しく説明しています。このプロジェクトの基盤技術構造はtBTCプロトコルに基づいています。tBTCはビットコインのマルチシグを利用して、閾値署名ネットワークを構築しており、この構造は従来の分散型ネットワークに比べて、一貫性が強いです。しかし、tBTCは依然として9人の署名を必要とするマルチシグネットワークです。人に依存せず、コンセンサスドリブンを実現するには、マルチシグネットワークとBFT PoS（ビザンチンフォールトトレランス・プルーフ・オブ・ステーク）コンセンサスメカニズムを組み合わせる必要があります。これが分散型ネットワークとブロックチェーンの違いでもあります。分散型ネットワークは分散型を強調しますが、ビザンチンフォールトトレランスのコンセンサスが欠けています。一方、ブロックチェーンも分散型ネットワークですが、ビザンチンフォールトトレランスコンセンサスに依存しているため、本物の分散型ネットワークと言えます。タップルートコンセンサスプランは、このより進んだ設計を採用しています。Schnorr署名、MAST、ビットコインSPVライトノード、およびAuraとGrandpaビザンチンフォールトトレランスコンセンサスメカニズムを組み合わせることで、高い一貫性と安全性を持つ分散型Layer2拡張プランを構築しました。この融合は、ビットコインネットワークの拡張性と可用性を向上させるだけでなく、二層ネットワークの安全性と一貫性を保証します。## まとめこの技術黄皮書は、タップルートコンセンサスの実装方案と技術的詳細を体系的かつ包括的に説明し、ビットコインのネイティブ技術に完全に基づいて構築されたビットコインのレイヤー2ソリューションを私たちに示しています。タップルートコンセンサスは、ビットコインの元々の技術方向を尊重し継承するだけでなく、ビットコインの歴史的なアップグレードから得られた技術を組み合わせて革新を行い、真の意味でのビットコインのネイティブ拡張技術の集大成となっています。ビットコインのエコシステムが不断に発展する中で、人々は真に分散化されたビットコインの第2層ソリューションこそがビットコインエコシステムの発展に必要不可欠な道であることを徐々に認識するようになるでしょう。そして、Taproot Consensusのようなソリューションは未来において大きな注目を集めるでしょう。! [ビットコインネイティブスケーリングテクノロジーコレクション:BEVMテクノロジーイエローブックの包括的な解釈](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-5a4b0a50308b4a921ed14a44d970f756)
タップルートコンセンサス：ビットコイン原生技術集大成のLayer2解決策
ビットコイン技術の進化とタップルートコンセンサスソリューションの包括的解析
2024年5月20日、ビットコインLayer2開発チームが《TAPROOT CONSENSUS：分散型BTC Layer2ソリューション》という技術ホワイトペーパーを発表しました。この記事では、タップルートコンセンサスの実現メカニズムや、シュノル署名、MAST、ビットコインSPVノードなどのビットコインネイティブ技術をどのように統合して、完全に分散型のBTC Layer2ソリューションを構築するかが詳述されています。
全文を通読すると、このチームが提案したタップルートコンセンサス案がビットコインのネイティブ拡張技術の集大成であることが感じられます。ビットコインのコードには何も変更を加えず、ビットコインのコア技術を巧妙に組み合わせており、考え方は明確で、構造は精巧です。
黄皮書を深く解読する前に、ビットコインの技術の発展の歴史を振り返る必要があります。そうすることで、タップルートコンセンサスがビットコインの進化の過程でどのように誕生したのかを理解できます。
一、ビットコイン技術発展史
2008年10月31日、中本聡は「ビットコイン：一つの点対点の電子現金システム」という題名の論文を発表し、ビットコインの技術実現方案を初めて完全に提案しました。論文の第八章では、中本聡はSPV (Simple Payment Verification)という解決策、すなわち簡単な支払い検証を紹介しました。これは、ビットコインのフルノードを運用する必要がなく、ブロックヘッダーを保存するだけで支払いを検証できる技術手段です。
2009年1月3日、中本聪はヘルシンキの小型サーバーで創世ブロックを採掘し、ビットコインの正式な誕生を迎えました。注目すべきは、ビットコインの正式なコードにおいて、中本聪は楕円曲線署名技術（ECDSA）を使用したことです。これは、当時施ノール署名がまだオープンソースになっておらず、特許保護期間中であったため、中本聪はすでにオープンソースとなっている楕円曲線署名を選ばざるを得なかったからです。
シュノール署名は、楕円曲線署名のすべての機能とセキュリティ仮定を保持しつつ、楕円曲線署名フレームワークの下でビットコインが最大で15重のマルチシグのみを実現できる制限を突破し、最終的に1000以上のアドレスがビットコインを共同管理でき、署名速度に影響を与えません。
2018年、長年の反復検証の結果、ビットコインのコア開発者であるGregory Maxwellなどが正式にBIPを提案し、シュノール署名をビットコインネットワークに導入することを提案しました。
2021年11月14日、ビットコインはタップルートアップグレードを完了し、シュノール署名が正式にビットコインネットワークに組み込まれ、ビットコインは新たな分散型マルチシグ時代を迎えました。
シュノール署名に加えて、タップルートアップグレードはMAST（Merkelized Abstract Syntax Trees）、すなわちマークル抽象構文木を導入しました。これはビットコインにスマートコントラクト機能に似た技術を提供するものです。複数の条件分岐の契約ロジックをマークルツリーの形式に組織することによって実現され、ビットコインコードがスマートコントラクトの機能要件に似たものを実現することができます（ただしビットコインの支払い検証に限られ、イーサリアムの複雑なスマートコントラクトとは異なります）。
シュノール署名はビットコインのマルチシグアドレスの数を1000以上に増やすことができ、MASTはビットコインプログラムを通じてシュノール署名アドレスをマルチシグに駆動することができます。したがって、シュノール署名+MASTは、人間が署名する必要がなく、ビットコインコードの指令によって駆動される分散型ビットコインマルチシグネットワークを実現できます。
これは、ビットコインが信頼を必要とせずに一層の制限を突破し、さらに二層でより複雑で豊かなビジネスシーンを実現できることを意味します。
そして、この開発チームが提案したタップルートコンセンサス解決策は、ビットコインが2008年から2021年までの13年間の技術の進化の集大成です。
二、タップルートコンセンサス解決策の概要
Taprootコンセンサステクニカルイエローペーパーは次のように始まります:「ビットコインネットワークの非チューリング完全の性質により、イーサリアムロールアップと同様のレイヤー2スケーリングソリューションを直接実装する能力が制限されます。 ビットコインネットワークのスクリプトコントラクトレイヤーは、単純な転送操作しか実行できず、より複雑なスマートコントラクト機能をサポートすることはできません。 したがって、ビットコインスクリプトレベルだけからレイヤー2拡張ソリューションを構築することは現実的ではありません。」
この説明は、ビットコインネットワークの非チューリング完全性と、ビットコインスクリプトコントラクトがビットコインの送金操作のみを実行できるという特徴を高度に要約しています。したがって、ビットコインの拡張における正しい方向性は、一層のネットワークで作業をすることではなく、ビットコインの既存の能力を利用して、完全に分散化された二層の拡張ソリューションを構築することです。
Taproot Consensusは、ビットコインのTaproot技術（Schnorr署名とMAST）、ビットコインSPV軽ノード、そしてBFT PoSコンセンサス機構を融合させて、分散化されており高度に一貫性のあるLayer2ネットワークを構築しています。
三、タップルートコンセンサスアーキテクチャの詳細
タップルートコンセンサスは、Schnorr+MAST、ビットコインSPV、Aura+Grandpaの三つの部分で構成されています。
Schnorr+MASTの組み合わせは、ビットコインの非中央集権的なマルチシグ管理を実現し、人による署名を必要とせず、ビットコインコードを使用して駆動します。
これらのコードは、二層ネットワークによって達成されたコンセンサスによって駆動されます。そして、二層ネットワークがどのようにコンセンサスを達成し、これらのコンセンサスがビットコインの一層とどのように状態を同期するかは、Bitcoin SPV+BFT POSコンセンサス（Aura+Grandpa）を通じて実現されます。
Bitcoin SPVは中本聡が提案した簡易支払い検証方式で、フルノードを実行することなくビットコイン取引を同期および検証できます。この特性により、タップルートコンセンサスは完全に非中央集権的な環境で、いかなる許可も必要なく、BTCの状態を同期できるようになります。
Aura+Grandpaは、分散型プロトコルを通じてネットワークノードの高度な整合性を確保する、一般的に使用されるビザンチンフォールトトレランスを実現する高度なPoSコンセンサスプロトコルです。
Taproot Consensusの3つの部分の動作原理をまとめると、以下のようになります。
このシステムでは、各バリデーターがSchnorr署名に使用するBTCプライベートキーを保持しています。Schnorr署名の特性により、高効率な署名集約が可能となり、システムの安全性と効率性が向上します。Musig2マルチ署名スキームによって生成された集約公開鍵Paggは、大規模なMASTツリーを形成します。
MASTツリーのルートハッシュ値が生成された後、検証者はMASTツリーが生成した閾値署名アドレスにBTCの送金および刻印操作を行い、BTCメインネットから第2層ネットワークにデータを送信する機能を実現します。同時に、各検証者はBitcoin SPVライトノードとして機能し、安全かつ許可なしにBTCネットワークの状態を同期することができます。
簡単に言えば、Taproot Consensusはビットコインのレイヤー1でSchnorr+MASTを使用して去中心化されたBTCマルチシグ管理を構築し、レイヤー2ではBitcoin SPVノードネットワークを運営します。あるプロジェクトを例に挙げると、そのレイヤー2ネットワークはすべてビットコインSPVノードを運営しており、これらのノードはビットコインのレイヤー1のデータ状態を同期することができるため、レイヤー2とビットコインのレイヤー1の情報が同期されます。レイヤー2ネットワークの安全性と信頼性を確保するために、そのプロジェクトはビットコインSPVノードネットワークとAura+Grandpaを統合し、ビットコインSPVノードネットワークがBFTコンセンサスの安全レベルを備えることを可能にしました。これは、レイヤー2ネットワークの資産を管理するのは単なるマルチシグのメンバーではなく、BFTコンセンサスに依存して推進されることを意味し、真の去中心化を実現します。
第四に、イエローブックのその他の技術的な詳細
上記の技術フレームワークに加えて、Taproot Consensusのホワイトペーパーは、シュノール署名、MAST、ビットコインSPVライトノード、Aura+Grandpaなどの技術の実装詳細を詳しく説明しています。ビットコインの最新技術を学び、理解したい人にとって、このホワイトペーパーは非常に包括的で詳細な学習資料です。
さらに、ホワイトペーパーではMusig2の実装プロセスと、別の有名なBTC Layer2プロジェクトとの違いについて詳しく説明しています。
このプロジェクトの基盤技術構造はtBTCプロトコルに基づいています。tBTCはビットコインのマルチシグを利用して、閾値署名ネットワークを構築しており、この構造は従来の分散型ネットワークに比べて、一貫性が強いです。
しかし、tBTCは依然として9人の署名を必要とするマルチシグネットワークです。人に依存せず、コンセンサスドリブンを実現するには、マルチシグネットワークとBFT PoS（ビザンチンフォールトトレランス・プルーフ・オブ・ステーク）コンセンサスメカニズムを組み合わせる必要があります。これが分散型ネットワークとブロックチェーンの違いでもあります。分散型ネットワークは分散型を強調しますが、ビザンチンフォールトトレランスのコンセンサスが欠けています。一方、ブロックチェーンも分散型ネットワークですが、ビザンチンフォールトトレランスコンセンサスに依存しているため、本物の分散型ネットワークと言えます。
タップルートコンセンサスプランは、このより進んだ設計を採用しています。Schnorr署名、MAST、ビットコインSPVライトノード、およびAuraとGrandpaビザンチンフォールトトレランスコンセンサスメカニズムを組み合わせることで、高い一貫性と安全性を持つ分散型Layer2拡張プランを構築しました。この融合は、ビットコインネットワークの拡張性と可用性を向上させるだけでなく、二層ネットワークの安全性と一貫性を保証します。
まとめ
この技術黄皮書は、タップルートコンセンサスの実装方案と技術的詳細を体系的かつ包括的に説明し、ビットコインのネイティブ技術に完全に基づいて構築されたビットコインのレイヤー2ソリューションを私たちに示しています。
タップルートコンセンサスは、ビットコインの元々の技術方向を尊重し継承するだけでなく、ビットコインの歴史的なアップグレードから得られた技術を組み合わせて革新を行い、真の意味でのビットコインのネイティブ拡張技術の集大成となっています。
ビットコインのエコシステムが不断に発展する中で、人々は真に分散化されたビットコインの第2層ソリューションこそがビットコインエコシステムの発展に必要不可欠な道であることを徐々に認識するようになるでしょう。そして、Taproot Consensusのようなソリューションは未来において大きな注目を集めるでしょう。
! ビットコインネイティブスケーリングテクノロジーコレクション:BEVMテクノロジーイエローブックの包括的な解釈